排粉机叶轮磨损机理及防磨堆焊文献学习体会

文献概况与研究背景

本文发表于1999年《佳木斯大学学报（自然科学版）》第17卷第2期，作者彭振伟、王力来自佳木斯市政公司，刘永生、王宗玉来自佳木斯发电厂。文献分析了排粉机叶轮的磨损机理，认为磨损部位呈犁沟状是劣质煤中的石英、长石颗粒所致，并采用特堆707碳化钨电焊条进行堆焊，介绍了具体的堆焊工艺。

排粉机是燃煤电厂锅炉系统中的关键设备，用于将磨煤机磨制的煤粉输送到燃烧器。排粉机叶轮长期承受高温、含尘煤粉的冲刷磨损，是电厂中的典型易损件。叶轮磨损不仅影响排粉机的效率和安全性，还会导致频繁停机检修，影响电厂的发电效率。

磨损机理分析

磨损形态与特征

文献中观察到排粉机叶轮的磨损部位呈犁沟状，这是一种典型的磨粒磨损形态。犁沟状磨损的特征是表面被硬质颗粒切削形成平行的沟槽，沟槽的深度和间距取决于磨损颗粒的硬度、大小、形状以及冲击角度。

在排粉机的工作环境中，煤粉中含有大量的硬质矿物颗粒，如石英（SiO₂，莫氏硬度7）、长石（莫氏硬度6-6.5）等。这些硬质颗粒在高速运动的煤粉流中被加速，以一定的角度冲击叶轮表面，形成犁沟状磨损。

磨损机理的深入分析

排粉机叶轮的磨损是一个复杂的过程，涉及多种磨损机制的协同作用：

1. 磨粒磨损：硬质颗粒在叶轮表面滑动或滚动，切削和犁沟金属表面。这是排粉机叶轮磨损的主要机制。
2. 冲击磨损：高速运动的煤粉颗粒以一定角度冲击叶轮表面，造成材料的塑性变形和疲劳剥落。
3. 高温氧化磨损：排粉机工作在高温环境下，叶轮表面发生氧化反应，生成的氧化物疏松多孔，容易被磨粒切削带走。
4. 热疲劳磨损：煤粉温度的波动导致叶轮表面反复热胀冷缩，产生热应力，加速材料的疲劳损伤。

磨损影响因素

影响排粉机叶轮磨损速率的因素包括：

防磨堆焊材料与工艺

特堆707碳化钨电焊条

文献中采用的特堆707碳化钨电焊条是一种常用的耐磨堆焊材料。其主要特点包括：

• 成分：焊芯为高碳钢，药皮中含有大量碳化钨（WC）颗粒。
• 硬度：堆焊层硬度可达HRC 60-70，具有优异的耐磨性。
• 组织：堆焊层中分布着大量硬质碳化钨颗粒，基体为马氏体组织。
• 工艺性：采用直流反接，焊接工艺性良好。
• 适用性：适用于承受强烈磨粒磨损和冲击磨损的场合。

碳化钨是一种超硬材料，莫氏硬度为9.5，抗拉强度约5500 MPa。在堆焊层中，碳化钨颗粒作为硬质相，能够显著提高堆焊层的耐磨性。然而，碳化钨颗粒的分布均匀性和与基体的结合强度，直接影响堆焊层的实际耐磨性能。

堆焊工艺参数

排粉机叶轮的堆焊工艺需要综合考虑以下参数：

1. 焊接方法：通常采用手工电弧焊（SMAW），操作灵活，适用于复杂形状零件。
2. 焊接电流：根据焊条直径和堆焊层要求确定，通常为焊条直径的40-60倍。
3. 焊接速度：手工焊的速度取决于操作者，一般控制在适当范围以确保熔池稳定。
4. 层间温度：多层堆焊时，层间温度应控制在150-250°C，避免温度过高导致碳化钨分解。
5. 堆焊层数：根据磨损程度和使用寿命要求确定，通常堆焊2-4层。
6. 堆焊厚度：一般控制在3-8 mm，过厚可能导致结合不良，过薄则使用寿命不足。

堆焊工艺要点

排粉机叶轮的堆焊工艺需要注意以下关键要点：

1. 基体准备：堆焊前必须彻底清理叶轮表面的煤粉、油污和氧化皮，必要时进行车削加工。对于严重磨损的区域，需要进行补焊修复。
2. 预热处理：根据叶轮材料的碳当量和厚度，确定适当的预热温度。对于高碳高合金钢叶轮，预热温度通常为200-300°C。
3. 焊接顺序：采用合理的焊接顺序，先焊磨损严重的区域，后焊次要区域，以减少焊接变形和残余应力。
4. 锤击处理：在堆焊过程中或堆焊完成后，对堆焊层进行机械锤击，可以细化晶粒，引入压缩应力，提高堆焊层的抗裂性能。
5. 焊后处理：根据叶轮材料的要求，进行适当的焊后热处理，消除残余应力。

工程实践案例

佳木斯发电厂的实践

文献中提到的佳木斯发电厂的排粉机叶轮堆焊实践，是一个典型的工程应用案例。该电厂使用的排粉机叶轮长期承受劣质煤中硬质颗粒的冲刷磨损，使用寿命较短，频繁更换叶轮不仅增加了维护成本，还影响了电厂的发电效率。

采用特堆707碳化钨电焊条进行堆焊后，叶轮的使用寿命显著提高。据文献描述，堆焊后的叶轮耐磨性能明显优于原设计材料，有效延长了检修周期，降低了维护成本。

堆焊质量的评估

堆焊质量的评估通常包括以下几个方面：

1. 外观检查：检查堆焊层表面是否平整，有无裂纹、气孔、夹渣等缺陷。
2. 硬度测试：在堆焊层表面进行硬度测试，确认硬度满足设计要求。
3. 结合强度测试：通过弯曲试验或剥离试验，评估堆焊层与基体的结合强度。
4. 金相分析：观察堆焊层的显微组织，确认碳化钨颗粒的分布和基体的组织状态。
5. 服役跟踪：在实际运行中跟踪叶轮的磨损情况，评估堆焊层的实际耐磨性能。

关键疑问与思考

碳化钨堆焊层的局限性

碳化钨堆焊层虽然硬度高、耐磨性好，但也存在一定的局限性：

• 脆性大：碳化钨堆焊层韧性较低，在冲击载荷下容易发生脆性断裂。
• 抗热震性差：碳化钨与基体的热膨胀系数差异较大，在温度急剧变化时容易产生热应力裂纹。
• 碳化钨分解：在高温下碳化钨可能发生分解，导致硬度和耐磨性下降。
• 结合强度：碳化钨颗粒与基体的结合强度有限，在强烈冲击下可能发生颗粒脱落。

新型耐磨堆焊材料的发展趋势

随着材料科学的发展，新型耐磨堆焊材料不断涌现，具有以下发展趋势：

1. 高熵合金堆焊材料：具有优异的耐磨性和韧性，适用于极端工况。
2. 陶瓷颗粒增强堆焊材料：采用氧化铝、氮化硅等陶瓷颗粒增强，硬度更高。
3. 梯度堆焊材料：通过多层堆焊实现硬度和韧性的梯度分布，兼顾耐磨性和抗冲击性。
4. 自润滑堆焊材料：在堆焊层中引入固体润滑相，降低摩擦系数，减少磨损。

学习心得与启示

这篇文献虽然年代较早，但其对排粉机叶轮磨损机理的分析和防磨堆焊工艺的探讨，至今仍具有重要的参考价值。文献中提出的磨损机理分析方法，为理解复杂工况下的磨损行为提供了清晰的思路。

对于从事钢管和管件制造的技术人员而言，这篇文献提醒我们，在实际工程中，深入理解失效机理是解决问题的前提。只有准确分析磨损机理，才能选择合适的材料和工艺，从根本上解决磨损问题。

同时，文献中采用的特堆707碳化钨电焊条堆焊工艺，虽然技术相对传统，但在许多场合仍然具有不可替代的优势。在追求新技术的同时，我们也应该重视成熟技术的优化和应用，在合适的场合使用合适的技术。

这篇文献体现了工程技术人员深入现场、分析问题、解决问题的务实精神。这种精神对于今天的工程技术人员仍然具有重要的借鉴意义。在实际工作中，我们应该坚持理论联系实际，深入生产一线，通过科学分析找到问题的根源，提出切实可行的解决方案。